INTRODUCCIÓN

El término biofotónica, acuñado por Fritz-Albert Popp denota una combinación de biología y fotónica, siendo la fotónica la ciencia y tecnología de la generación, manipulación y detección de fotones, las unidades cuánticas de luz. Los fotones juegan un papel central en las tecnologías de la información tales como fibra óptica, pero también tienen un papel en los procesos biológicos en los que se intercambia energia (p.e. transmisión de impulsos nerviosos, reacciones metabólicas, etc.). Un ejemplo típico es la bioluminescencia.

La bioluminiscencia es el proceso de producción y emisión de luz por un organismo vivo. Se conocen muchos ejemplos en biología como las luciérnagas, el krill, algunos hongos (por ejemplo, pannellus stipticus), varias especies de calamar, etc. De hecho, todas las células producen alguna forma de emisión de luz, pero la mayor parte de esta luz no es visible para el ojo humano sin ayuda. La biofotónica tiene longitudes de onda, duración en el tiempo y patrones de destellos característicos. Estas características están a menudo asociadas con información y, si bien no es una prueba en sí misma, es razonable asumir que estas emisiones ligeras contienen y llevan la información sobre los sistemas biológicos que las producen. La emisión ultradébil de fotones por sistemas vivos, a veces llamados quimioluminescencia de bajo nivel, es el resultado de reacciones bioquímicas normales en las que los electrones entran y salen de estados excitados. La detección e identificación de estos estados excitados se logra fácilmente en sistemas químicos bien definidos. Sin embargo, la tarea se vuelve más problemática en sistemas biológicos complejos, coomo por ejemplo, en estudios en células aisladas, órganos o organismos intactos.

La biofotónica también se puede definir como el "desarrollo y aplicación de técnicas ópticas, en particular de la imagen, para el estudio de moléculas biológicas, células y tejidos". Uno de los principales beneficios del uso de las técnicas ópticas que componen la biofotónica es que preservan la integridad de las células biológicas que se están examinando. La biofotónica tiene aplica-ciones en biología, medicina, agricultura y ciencias ambientales.

La emisión de biofotones (BPE) es un acontecimiento cuántico caracterizado por una emisión relativamente estable pero ultradébil de fotones visibles de organismos vivos. Se ha asociado con procesos biológicos de alta energía tales como metabolismo celular, crecimiento, fagocitosis, actividad neuronal y estrés oxidativo. Se ha sugerido que la emisión de biofotones refleja el estado global de la salud del organismo así como la respuesta a la estimulación incluyendo intervenciones terapéuticas. Si los cambios en la emisión de biofotones ocurriesen como resultado de intervenciones médicas alternativas o complementarias, su análisis podría resultar útil para monitorizar la respuesta del paciente a un tratamiento específico y cambios globales en su estado de salud.

El desarrollo de las nuevas tecnologías de conteo de fotones a principios la década de los 60 ha proporcionado las herramientas para demostrar la existencia ubicua de un luminiscencia de bajo nivel en todos los organismos vivos y que no estaba restringida a formas de vida con órganos especiales que contienen sistemas de enzimas como luciferasa/luciferna. Las investigaciones iniciales se llevaron a cabo en la URSS en la década de los 70, pero la existencia de esta emisión fotónica por organismos vivos fue confirmado por equipos de investigación de Australia, Polonia, Japón y EEUU. Las emisiones son del orden del orden de 10⁴ fotones/cm² por segundo, y se han observado en bacterias, levaduras, animales enteros y plantas, así como en cultivos celulares y homogeinizados de tejidos.

Los biofotones son portadores de información que puede transmitirse a distancia entre dos o más células. Ya en 1923, Popp observó la influencia positiva de la mitosis que las raíces de una cebolla tenían en las raíces de una cebolla vecina debida una supuesto radiación mitogenética, siendo probablemente eficaz en la gama UV. Igualmente las células de levadura, que emiten biofotones en el UV y la gama visible, afectan positivamente el crecimiento de otras células de la levadura.

Probablemente el paso más importante en el resurgimiento de la biofotónica ha sido la ruptura del límite de Abbe, llamado así por el físico teórico alemán Ernst Abbe (1840 – 1905). El límite de Abbe indica que ningún microscopio puede resolver detalles ópticos más pequeños que la mitad de la longitud de onda de la luz utilizada para la iluminación. Afortunadamente, el límite de Abbe sólo se aplica a la microscopía convencional que observa imágenes de campo desde lejano una distancia; al explotar los patrones de interferencia y otros efectos, es posible lograr una resolución espacial mucho más fina más allá de la longitud de onda de la luz. Generalmente estos efectos no son directamente visibles, como en la microscopía óptica clásica, pero requieren el procesamiento de la computadora para generar una imagen del objeto.

Una forma de reconstruir imágenes con mayor resolución de lo que sería posible con la microscopía óptica estándar es utilizar la información de la luz refractada por la muestra, en lugar de la luz absorbida por ella. Esta tarea se hace más fácil por el hecho de que aunque las células no absorben muy bien la luz, lo hacen con la luz refractaria; cada molécula en y dentro de una célula emite la luz de una manera característica que se puede detectar por la comparación a un haz de referencia. La idea básica detrás de la técnica es la interferometría, en la que dos ondas electromagnéticas — en este caso los haces de luz — interfieren para crear una nueva onda. Dado que el haz de referencia de la luz tiene una dirección amplitud y longitud de onda conocidas,, una computadora puede calcular cómo el sujeto ha refractado lo que proporciona una resolución mucho más alta que las imágenes de luz convencionales. Esto, a su vez, revela lo que el objeto está hecho y cómo se ve.

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